Desarrollo vegetal

Consta de 3 procesos:

·       Crecimiento: Incremento biomasa por división y elongación celular

·       Morfogénesis: Organización de la estructura de tejidos y órganos. Arquitectura y simetría de la planta

·       Diferenciación: Cambios de forma y función de orgánulos, células y tejidos

Los mismos principios son la base del desarrollo temprano en animales y plantas. Las plantas y los animales se desarrollan a partir de una sola célula. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en animales en las plantas los tres procesos (crecimiento, morfogénesis y diferenciación) se dan durante toda la vida de la planta y forman continuamente órganos.

·       La embriogénesis establece el plan básico del cuerpo de las plantas y forma un reservorio de células indeterminadas, meristemos, que genera órganos adicionales en los adultos.

·       Los meristemos vegetativos son muy repetitivos repiten las mismas estructuras una vez y otra vez y su actividad continúa indefinidamente, crecimiento indeterminado.

·       Son capaces de producir formas, aunque repetitivas, muy complejas y variables

 

¡¡Las plantas NO pueden moverse!! para sobrevivir, deben ser capaces de alterar su crecimiento, desarrollo y fisiología, produciendo variedad de formas que les permitan adaptarse a su entorno.

Características del desarrollo vegetal

OTRA opción de vida:

·       Capacidad fotosintética → sedentarismo

·       Sin complejidad anatómica para movilidad

·       Anatomía RIGIDA adaptada para captación luz y nutrientes

Las pautas de desarrollo vegetales crean organismos: - con organogénesis continuada - de gran tamaño (más de 100m) - muy longevos (más de 4000 años)

Las plantas son sedentarias, no necesitan estructuras complejas, pero deben adaptarse. Lo hacen a nivel fisiológico mediante un patrón de desarrollo flexible.

A diferencia del desarrollo de animales, las células vegetales están unidas de forma rígida. Esto refleja la manera en que las plantas crecen, las células se añaden progresivamente mediante la actividad de los meristemos.

·       Alternancia de generaciones.

·       Embriogénesis permanente, organogénesis continua. Meristemos

·       Interacción con factores endógenos (fitohormonas) y ambientales (luz, temperatura, etc.).

·       Plasticidad para ajustarse a las condiciones ambientales.

·       NO hay migración celular.

·       NO hay línea celular germinal: la forma y función se puede adquirir DESPUÉS del desarrollo embrionario.

·       TOTIPOTENCIA: reprogramación del desarrollo de muchas células completamente diferenciadas.

Crecimiento primario

Las plantas presentan crecimiento vegetativo indeterminado, pero no son inmortales. El crecimiento primario permite a las plantas crecer en longitud. Las plantas con flores se clasifican según el tiempo que viven:

·       Anuales: completan su ciclo vital en un año o menos

·       Bianuales: completan su ciclo vital en dos años

·       Perennes: viven y se reproducen durante años

Los meristemos le dan la capacidad de adaptarse al medio, regulando su proliferación pueden producir estructuras complejas y formas variables que les permiten adaptarse

·       Muchos árboles tienen crecimiento vegetativo durante miles de años mientras que las plantas anuales cesan su crecimiento vegetativo rápidamente y florecen solo tras unas pocas semanas de crecimiento.

·       Cuando las plantas adultas sufren la transición de crecimiento vegetativo a reproductivo, que lleva a la producción de los cigotos, el proceso empieza de nuevo.

·       En un momento del ciclo de la vida del adulto se produce la senescencia y muerte un proceso que también está determinado genéticamente y finamente regulado.

Procesos del desarrollo

Crecimiento

División celular

Se produce a lo largo del ciclo celular y consta de dos fases:

·       Interfase: prolongada, síntesis intensiva de material y replicación de DNA.

·       Mitosis: cromosomas condensados, división nuclear y citocinesis, la fase más vistosa.

La célula madre puede dividirse en dos planos:

·       Anticlinal perpendicular a la superficie

·       Periclinal paralelo a la superficie

Las células hijas suelen alternar planos de división, de esta forma se crea volumen.

El tamaño de las células hijas suele ser diferenteà la división celular no es simétrica.

 

Elongación

·       Entrada de H2O.

·       La red extensible de la pared celular se relaja.

·       Se detiene cuando nuevo material de pared se deposita.

Diferenciación

Son los cambios que se observan en la forma y función de orgánulos, células y tejidos. Supone su especialización. Muy influenciada por las condiciones ambientales

·       Diferenciación de orgánulos: proplastos

·       Diferenciación de células: tricoblasto a pelo radicular

·       Diferenciación de tejidos y órganos: germinación

Morfogénesis

·       Adquisición de la estructura típica de la especie.

·       Aunque está determinada genéticamente varía por la influencia del medio ambiente.

Respuesta de evitación de la sombra, la planta crecida en sombra (W-FR) crece más erguida buscando la luz. La estructura vegetal depende de las condiciones ambientales

Embriogénesis permanente

Meristemos, desarrollo controlado

·       Tejidos embrionarios.

·       Las células se diferencian siguiendo un patrón.

·       Morfogénesis continua: producción de nuevos órganos.

Callos: crecimiento descontrolado. Son tejidos indiferenciados sin patrón de crecimiento.

·       Crecimiento continuo.

·       Reprogramación del patrón de desarrollo de células diferenciadas: modificado por fitohormonas.

·       Totipotencia: capacidad de regenerar una planta a partir de células diferenciadas. La totipotencia es útil para la regeneración asexual de plantas:

Su diferenciación es reversible Se puede regenerar plantas completas a partir de células somáticas diferenciadas

¿Cómo se identifican los genes implicados en el desarrollo en plantas?

Principalmente por el estudio de mutantes

·       Mutantes naturales

·       Mutantes inducidos

Arabidopsis thaliana: especie modelo en la biología de plantas y en estudios de Genética Molecular y Genómica funcional.

Si por mutación se pierde la función de un gen esencial para un programa de desarrollo, el órgano o tejido no se forma o lo hace defectuosamente.

Análisis de mutantes permiten el estudio del desarrollo y conocer así cuáles son los genes implicados en cada etapa del desarrollo.

La frecuencia de alteraciones en la secuencia de DNA se fomenta empleando agentes mutagénicos químicos o físicos.

Si se pierde la función basal apical central o terminal da lugar a fenotipos diferentes de esta manera se identifican los genes que determinan cada una de estas funciones.

Alternancia de generaciones

El ciclo de vida de la planta incluye alternancia de fases haploides y diploide

·       El esporofito diploide produce esporas haploides mediante meiosis

·       Las esporas haploides se dividen por mitosis dando lugar a un gametofito haploide microscópico multicelular

·       El gametofito produce gametos por mitosis

·       El desarrollo de polen y óvulos culmina con la fertilización que produce un cigoto diploide

·       El cigoto se divide por mitosis dando un nuevo esporofito

Ciclo vital de las angiospermas

·       Fertilización del óvulo

·       El óvulo se desarrolla dentro de la semilla que contiene el embrión

·       El ovario se desarrolla en un fruto

·       La semilla germina dando lugar a la planta

Fase gametofítica

La fase gametofítica se produce dentro de la flor, una estructura formada por cuatro tipos de hojas modificadas

Mediante meiosis se generan los gametos masculinos (esperma) y femeninos (óvulo), dentro del polen y el carpelo, respectivamente.

Desarrollo del gametofito masculino

·       Células madre de las anteras (2n) se dividen en cuatro esporas haploides (n)

·       Las esporas forman la célula del tubo y la célula generativa

·       Se forma una pared alrededor de las células dando lugar al grano de polen que contiene dos células GAMETOFITO MASCULINO

Desarrollo del gametofito femenino

·       Los ovarios contienen células centrales (2n) rodeadas de células mas pequeñas

·       Las células centrales producen cuatro esporas haploides

·       Tres de estas esporas degeneran y mueren

·       La espora superviviente aumenta de tamaño y desarrolla el saco embrionario GAMETOFITO FEMENINO Contiene células centrales grandes y el óvulo haploide, dispuesto a ser fertilizado para dar el cigoto

Doble Fertilización

Polinización 1

El grano de polen germina en el estigma 2

·       La célula del tubo da lugar al tubo de polen que crece hasta el ovario

·       La célula generativa da lugar a dos células espermáticas

El tubo de polen las descarga en el ovario 3

·       Una fertiliza el óvulo formando el cigoto (2n)

·       La otra aporta un núcleo haploide a la célula central diploide del saco embrionario dando lugar a una célula 3n que origina el endospermo triploide

Fase esporofítica

Fase esporofítica, se divide en tres estadios

·       Embriogénesis

·       Crecimiento vegetativo

·       Crecimiento reproductivo

Embriogénesis

La fertilización se produce cuando un gameto masculino, el polen, se fusiona con la célula huevo del gameto femenino creando el cigoto.

Embriogénesis, proceso por el que una célula simple se transforma en una entidad multicelular con una organización característica aunque rudimentaria.

En muchas plantas con semillas esta fase se produce en el interior del óvulo, estructura especializada en el interior del carpelo de la flor.

El óvulo tiene diversas funciones, crea el ambiente adecuado para que el gametofito femenino pueda desarrollarse.

·       El cigoto tiene doble ploidia (2n) respecto a las células de las que proviene los gametos (n) y respecto al gametofito (n).

·       Al mismo tiempo que se forma el cigoto, un segundo núcleo del grano de polen se fusiona con los núcleos polares del saco embrionario dando lugar a la formación de un tejido triploide, el endospermo, que soporta el crecimiento del embrión.

Doble fertilización:

El óvulo se desarrolla en la semilla

·       El óvulo contiene células centrales (3n) y cigoto (2n)

·       Las células centrales dan lugar al endospermo que soporta el crecimiento del embrión

·       El cigoto se divide y da lugar al embrión

·       El resultado del desarrollo del embrión y el ovulo que lo rodea es una semilla

·       Desarrollan cubiertas duras (testa)

·       Entra en procesos de dormancia

·       Contiene raíz, tallo, hojas embrionarias (cotiledones) y endospermo